Теория сети презентация

В течение последних десятилетий наблюдался значительный рост глобальных сетей. Новые технологии и продукты внедрялись сразу после их появления, и поэтому многие сети были сформированы с использованием различных аппаратных и программных средств. Многие сети оказались несовместимыми и стало сложным организовывать обмен информацией между компьютерами, использующими различные сетевые спецификации. Компании начали испытывать трудности от развития сетей. Становилось всё сложнее объединять сети, использующие разные спецификации и исполнения. Стало понятно - пора прекращать закрытое использование сетевых систем – систем, которые отдельно развиваются, используются и управляются.
Закрытость системы значит, что только одна компания или маленькая группа компаний контролирует всё использование технологии.
Открытость системы означает, что она доступна для использования любому желающему.
Для решения проблемы Международная Организация Стандартизации создала модель OSI, которая должна способствовать созданию совместимых сетевых технологий. Модель OSI снабдила разработчиков набором стандартов, обеспечивающих совместимость и способность соединения различных типов сетей разработанных разными компаниями по всему миру.
Модель OSI способствует пониманию, как информация путешествует по сети. Если смотреть глубже, модель OSI описывает, как данные путешествуют от одного приложения пользователя, через сетевые коммуникации, к приложению пользователя, расположенному на другом компьютере, даже если подключены к сети разными кабелями.
Модель OSI. Из истории…
OSI. Теория

OSI (англ. open systems interconnection basic reference model) – это модель взаимодействия открытых систем. Данная модель делит сетевое взаимодействие на 7 уровней.
Прикладной
Представительский
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Прикладной
Представительский
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Пк отправитель
Пк получатель
OSI. Теория

Ур. приложений (данные)
Транспортный ур. (сегменты)
d.mac
s.mac
d.ip
s.ip
FSC
данные
Сетевой ур. (пакеты)
Канальный ур. (кадры)
Физический ур. (биты)
Инкапсуляция и декапсуляция данных
данные
данные
данные
И
Н
К
А
П
С
У
Л
Я
Ц
И
Я
Д
Е
К
А
П
С
У
Л
Я
Ц
И
Я
Инкапсуляция – это процесс передачи данных с верхнего уровня приложений вниз (по стеку протоколов) к физическому уровню, чтобы быть переданными по сетевой физической среде (витая пара, оптическое волокно, Wi-Fi, и др.). Причём на каждом уровне различные протоколы добавляют к передающимся данным свою информацию.
Декапсуляция – процесс, обратный инкапсуляции, преобразование из электрических/оптических/радио-сигналов в данные верхнего уровня.
s.p
d.p
s.p
d.p
d.p
d.ip
s.ip
s.p
* source - отправитель; destination - получатель
OSI. Теория

Типы трафика по критерию
«Адрес Назначения»
OSI. Теория

Физический уровень
— это первый уровень сетевой модели OSI. На данном уровне передается сигнал через различные среды передачи данных.
Единица измерения, используемая на этом слое — Биты.
То есть физический уровень осуществляет передачу потока битов по соответствующей физической среде через соответствующий интерфейс.
Физический уровень. Теория

Коаксиальный кабель
Устройство коаксиального кабеля
1 — внутренний проводник
2 — изоляция (сплошной полиэтилен)
3 — внешний проводник
4 — оболочка
Физический уровень. Коаксиальный кабель

BNC-коннектор
Подтипы BNC
BNC — либо припаивается, либо обжимается на конце кабеля.
BNC-F — c резьбовым креплением.
BNC-Т (Т-коннектор) — соединяет сетевой кабель с сетевой платой компьютера в стандарте 10BASE2.
BNC-I и BNC-бappeл (I-коннектор) — применяются для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального кабеля.
TNC-коннектор
TNC-коннектор (Threaded Neill-Concelman) — версия BNC-коннектора с резьбой.
Физический уровень. Коаксиальный кабель

Витая пара
(англ. twisted pair) — вид кабеля связи. Представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.
Физический уровень. Витая пара

RJ-45
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Физический уровень. Витая пара

Правильно обжат
Неправильно обжат
На примере справа оставлены слишком длинные жилы, из-за чего расстояние от коннектора до оплетки остается незащищенным. Также кабель теряет прочность.
Физический уровень. Витая пара

Оптоволокно
Физический уровень. Оптоволокно

Оптоволокно
1) многомодовое
2) одномодовое
Физический уровень. Оптоволокно

Соединение волоконно-оптического кабеля
Широко применяется три способа монтажа оптоволокна:
1) сварка оптических волокон:
2) соединение при помощи механических разъемов
3) соединение при помощи сплайса.
Физический уровень. Оптоволокно

Модуль SFP
Модули SFP используются для присоединения платы сетевого устройства (коммутатора, маршрутизатора или подобного устройства) к оптическому волокну или неэкранированной витой паре, выступающих в роли сетевого кабеля.
LinkSys 100 Base-FX Mini-GBIC SFP Трансивер
Физический уровень. Оптоволокно

Повторитель
Повторитель (репи́тер, от анг. repeater) — сетевое оборудование. Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.
Физический уровень. Оборудование
Устройства физического уровня

Концентратор
Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.
Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются.
Физический уровень. Оборудование

Канальный уровень
— это второй уровень сетевой модели OSI. Он предназначен для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, возникших на физическом уровне.
Единица измерения, используемая на этом уровне — Кадр (фрейм).
Канальный уровень. Теория

MAC-адрес
MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде, также Hardware Address) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей.
MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня.
Канальный уровень. Теория

Стандарты IEEE определяют 48-разрядный (6 октетов) MAC-адрес, который разделен на четыре части.
Первые 3 октета содержат 24-битный уникальный идентификатор организации (OUI), или (Код MFG — Manufacturing, производителя), который производитель получает в IEEE. При этом используются только младшие 22 разряда (бита), 2 старшие имеют специальное назначение:
первый бит указывает, для одиночного (0) или группового (1) адресата предназначен кадр
следующий бит указывает, является ли MAC-адрес глобально (0) или локально (1) администрируемым.
Следующие три октета выбираются изготовителем для каждого экземпляра устройства.
Канальный уровень. Теория
MAC-адрес

Виды MAC-адресов
Unicast
Multicast
Broadcast
00:23:45:67:89:ab
01-00-5E-xx-xx-xx
FF:FF:FF:FF:FF:FF
Канальный уровень. Теория

Поля "Преамбула" и "Признак начала кадра" предназначены для синхронизации отправителя и получателя. Преамбула представляет собой 7 - байтовую последовательность единиц и нулей. Поле признака начала кадра имеет размер 1 байт. Эти поля не принимаются в расчёт при вычислении длины кадра.
Поле "Адрес получателя“ состоит из 6 байт и содержит физический адрес устройства в сети, которому адресован данный кадр. Значения этого и следующего поля являются уникальными.
Поле "Адрес отправителя" состоит из 6 байт и содержит физический адрес устройства в сети, которое отправило данный кадр.
Формат кадра Ethernet
Канальный уровень. Теория

Поле "Длина/тип" может содержать длину или тип кадра в зависимости от используемого кадра Ethernet. Если поле задаёт длину, она указывается в двух байтах. Если тип - то содержимое поля указывает на тип протокола верхнего уровня, которому принадлежит данный кадр. Например, при использовании протокола IPX поле имеет значение 8137, а для протокола IP - 0800.
Поле "Данные" содержит данные кадра. Чаще всего - это информация, нужная протоколам верхнего уровня. Данное поле не имеет фиксированной длины.
Поле "Контрольная сумма" содержит результат вычисления котрольной суммы всех полей, за исключением перамбулы, признака начала кадра и самой контрольной суммы. Вычисление выполняется отправителем и добавляется в кадр. Аналогичная процедура вычисления выполняется и на устройстве получателя. В случае, если результат вычисления не совпадает со значением данного поля, предполагается, что произошла ошибка при передаче. В этом случае кадр считается испорченным и игнорируется.
Канальный уровень. Теория
Формат кадра Ethernet

Коммутатор
Сетевой коммутатор (жарг. свич, свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Канальный уровень. Оборудование

Таблица коммутации
Канальный уровень. Оборудование

Режимы коммутации
Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный.
Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).
С промежуточным хранением (Store and Forward).
Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.
Сквозной (cut-through).
Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.
Канальный уровень. Оборудование

Сетевой уровень
— это третий уровень сетевой модели OSI. Предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов (ip) и имён в физические (MAC), определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети.
Единица измерения, используемая на этом слое — Пакет.
Сетевой уровень. Теория

IPv4
Ip –адрес – это уникальный адрес любого устройства, находящегося в компьютерной сети. Если проводить аналогию, у каждого из нас есть адрес, где мы проживаем и чтобы доставить нам письмо, почтальон идет четко на тот адрес, который указан в письме и информация доходит именно до того, кому предназначалась. Так же и в компьютерных сетях, ip – адрес, это адрес устройства в этой сети на который ему доставляется информация.
IPv4 использует 32-битные (четырёхбайтные) адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 (232) возможными уникальными адресами.
Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 192.168.0.1. (или 128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса)
Сетевой уровень. Теория

Маска подсети
- это битовая маска, которая показывает, какая часть ip-адреса относится к адресу сети, а какая часть к адресу самого узла в этой сети.
11000000.10101000.01111011.11111111 – Broadcast-адрес (192.168.123.255)
Сетевой уровень. Теория
IP-адрес: 192.168.123.132
Маска: 255.255.255.0
10000100
00000000
Дано:
Найти: Адрес подсети.
11000000.10101000.01111011.
11111111.11111111.11111111.
Решение:
192.168.123.132
255.255.255.0
00000000
11000000.10101000.01111011.00000000 – адрес подсети (192.168.123.0)
11111111

Классовая адресация
Сетевой уровень. Теория

Бесклассовая адресация
(англ. Classless Inter-Domain Routing, англ. CIDR) — метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP-адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку возможно применение различных масок подсетей к различным подсетям.
11111111.11111111.11111111.00000000
11111111.11111111.11111111.11100000
255.255.255.0
255.255.255.224

Виды IP-адресов
Сетевой уровень. Теория
Любой ip-адрес из любой подсети, который присваивается ПК в этой сети.
Например: 10.1.1.2
Глобально
255.255.255.255
Локально
последний ip-адрес подсети
Например 10.1.1.255 (подсеть 10.1.1.0/24)
Все Ip-адреса из класса D
224.0.0.0 – 239.255.255.255

Сетевой уровень. Теория

NAT
(Network Address Translation)
PAT
(Port Address Translation)
Сетевой уровень. Теория

Протокол DHCP
сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер».
Клиент DHCP:
Компьютер, который получает IP-адрес автоматически;
Сервер DHCP:
Компьютер, который обеспечивает назначение IP-адресов;
Ведет таблицу выданных IP-адресов, чтобы избежать дублирования.
Клиент и сервер обмениваются сообщения DHCP в режиме запрос-ответ.
Протоколы

Протоколы
Процесс получения IP-адреса по DHCP

Протоколы
Процесс получения IP-адреса по DHCP
1. Обнаружение DHCP

DHCPDISCOVER
Broadcast
1. Обнаружение DHCP
Клиент выполняет широковещательный (Broadcast) запрос
по всей физической сети с целью обнаружить доступные DHCP-серверы.
Протоколы
Процесс получения IP-адреса по DHCP

DHCPOFFER
Unicast
2. Предложение DHCP
Получив сообщение от клиента сервер
отправляет ответ (DHCPOFFER), в котором предлагает конфигурацию. Протоколы
Процесс получения IP-адреса по DHCP

DHCPREQUEST
Broadcast
3. Запрос DHCP
Выбрав одну из конфигураций, предложенных DHCP-серверами,
клиент отправляет запрос DHCP (DHCPREQUEST). Протоколы
Процесс получения IP-адреса по DHCP

Процесс получения IP-адреса по DHCP
DHCPACK
Unicast
4. Подтверждение DHCP
Наконец, сервер подтверждает запрос и направляет
это подтверждение (DHCPACK) клиенту.
Протоколы

Процесс получения IP-адреса проще всего запомнить через аббревиатуру:
DHCPDISCOVER
DHCPOFFER
DHCPREQUEST
DHCPACK
Протоколы

Сетевой уровень. Оборудование
Маршрутизатор
(он же роутер) устройство, которое передает данные между различными сетями, например сетью интернет провайдера и домашней локальной сетью. Маршрутизатор также имеет разъемы для подключения к нему посредством кабеля других устройств, например компьютеров, модемов или сетевого коммутатора.
Маршрутизатор является связующим звеном между двумя различными сетями и передает данные, основываясь на определенном маршруте, указанном в его таблице маршрутизации. Эти таблицы позволяют роутеру определить, куда следует направлять пакеты. Эта таблица называется таблицой маршрутизации.

Протокол ARP
(англ. Address Resolution Protocol — протокол определения адреса) —
протокол в компьютерных сетях, предназначенный для определения MAC-адреса по известному IP-адресу.
Протоколы

Принцип работы протокола
ARP.
192.168.1.0/24
192.168.1.1
00:00:00:00:00:01
192.168.1.2
00:00:00:00:00:02
Протоколы

ARP
192.168.1.0/24
192.168.1.1
00:00:00:00:00:01
192.168.1.2
00:00:00:00:00:02
ARP request
broadcast
«Кто-нибудь знает физический адрес устройства,
обладающего следующим IP-адресом: 192.168.1.2?»
Протоколы

ARP
192.168.1.0/24
192.168.1.1
00:00:00:00:00:01
192.168.1.2
00:00:00:00:00:02
«Да, это мой IP-адрес. Мой физический адрес следующий: 00:00:00:00:00:02»
ARP reply
unicast
Протоколы

ARP – таблица.
IP
MAC
192.168.1.1
00:00:00:00:00:01
192.168.1.2
00:00:00:00:00:02
arp –a
Протоколы

Протокол DNS
Протоколы
(англ. Domain Name System — система доменных имён ) —
протокол в компьютерных сетях, предназначенный для определения ip-адреса хоста по известному доменному имени.
Beeline.ru 85.21.78.93

DNS
Протоколы
Ip 217.118.87.98
Запрос на DNS-сервер:
«Какой ip-адрес имеет сервер на котором находится сайт beeline.ru?»
Ответ от DNS-сервера:
«IP-адрес сервера - 217.118.87.98»
Запрос к Серверу по ip-адресу на открытые сайта.
Ответ от сервера сайта. Открытие сайта на ПК.

Протоколы
Punycode
1. Перевод из доменного имени билайн.рф в punycode
2. Запрос на DNS-сервер для получения информации об ip-адресе сервера по punycode
3. Ответ от DNS-сервера. Предоставление ip-адреса сервера билайн.рф
4. Запрос на Сервер билайн.рф по ip-адресу на открытые сайта
5. Открытие сайта билайн.рф в браузере на ПК

VLAN
(от англ. Virtual Local Area Network) — виртуальная локальная компьютерная сеть, представляет собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения.
Теория сети